[發明專利]認知無線電系統中基于合作感知的授權用戶參數估計方法

有效

• 申請號: 201510274866.6
• 申請日: 2015-05-26
• 公開（公告）號: CN104994511B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 馬琳;楊小龍;譚學治;何晨光
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H04W16/10
• 分類號: H04W16/10;H04W16/22;H04W24/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

認知無線電系統中基于合作感知的授權用戶參數估計方法，涉及認知無線電通信系統中的參數估計領域。它為了解決認知無線電系統中認知用戶在低信噪比條件下對授權用戶參數進行估計的問題。在合作檢測的基礎上，利用隱式馬爾可夫模型描述授權系統中授權用戶繁忙與空閑狀態變化過程，使得隱式馬爾可夫模型中隱藏狀態轉移概率矩陣由授權系統中授權用戶到達率與服務率來表示。每個認知用戶將檢測結果傳送至認知基站，基站通過“或準則”對收集到的數據進行處理，得出最終檢測結果。最后采用Baum?Welsh算法估計隱式馬爾可夫模型，獲得隱藏狀態轉移概率矩陣和混淆矩陣，從而估計出授權系統中到達率與服務率參數。本發明適用于認知無線電系統中。

技術領域

本發明涉及認知無線電通信系統中的參數估計領域，具體涉及一種基于合作感知方法的授權用戶參數估計方法。

背景技術

在認知無線電通信系統中，授權用戶對授權頻段具有優先接入權，只有當授權用戶處于空閑狀態時，認知用戶才能接入空閑信道進行數據傳輸。因此，這種通信機制要求認知用戶具有感知能力，即感知授權用戶所處狀態(空閑或者繁忙)。認知用戶感知能力主要通過檢測概率和虛警概率來體現。檢測概率越高，虛警概率越低，則說明認知用戶感知能力越強。然而，對于單個認知用戶感知而言，由于位置、多徑、陰影等因素的影響，感知結果并不理想。例如，如若在授權用戶和認知用戶之間存在高山或者建筑物，那么認知用戶很難感知到授權用戶的存在。所以，如若位于不同位置的認知用戶同時進行頻譜感知，然后再由認知基站對這些結果進行處理，則能夠明顯地提高感知能力，從而減少感知錯誤而帶來的損失。另外，即使認知用戶能夠在空閑信道上進行數據傳輸，但是當授權用戶出現時也要退出該信道。此時，認知用戶需要選擇別的空閑信道繼續傳輸數據，即頻譜切換。而在選擇切換策略時，還要考慮授權用戶參數值。所以，對于授權用戶參數估計是最優化頻譜切換的關鍵。基于上述分析，本發明在合作檢測基礎上利用隱式馬爾可夫模型對授權用戶參數進行估計。

發明內容

本發明為了解決認知無線電系統中認知用戶在低信噪比條件下對授權用戶參數進行估計的問題以及解決現有的認知無線電頻譜切換中存在的問題(認知用戶通過假定或者長期統計來獲取授權用戶參數，而沒有即時的、有效的估計方法)，從而提出了一種認知無線電系統中基于合作感知的授權用戶參數估計方法。該方法能夠克服位置、多徑、陰影等因素的影響，準確地估計授權用戶參數。

認知無線電系統中基于合作感知的授權用戶參數估計方法，它由以下步驟實現：

步驟一、利用排隊模型對每條授權信道進行建模與分析，假設授權用戶到達率服從泊松分布，窗口服務率滿足指數分布，每個信道同一時刻僅有一個窗口進行服務，信道緩存容量為授權用戶遵從“先到先服務”原則。設表示授權信道所處的狀態，即授權系統中授權用戶的數量。當時，λ_c表示授權信道狀態從c到c+1的到達率；當時，μ_c表示授權信道狀態從c到c-1的服務率。此時，令授權用戶穩定的信道狀態概率分布如下，

步驟二、利用隱式馬爾可夫模型θ＝(R,E,π)來分析授權用戶信道繁忙與空閑的變化過程。R表示隱藏狀態轉移概率矩陣，E表示混淆矩陣，π表示授權用戶初始狀態概率分布。將授權用戶對于信道的真實使用情況視為隱藏狀態，1示繁忙，0示空閑；而認知用戶檢測結果視為可觀測序列，1示檢測結果為繁忙，0示檢測結果為空閑。因此，隱藏狀態轉移概率矩陣可以表示為，

其中，r_ij(i,j∈{0,1})表示授權用戶由狀態i到狀態的轉移概率，并且滿足∑_ir_ij＝1和∑_jr_ij＝1。根據排隊論模型，單位時間內授權用戶的狀態轉移概率可以表示為如下表達式，